工業變頻器（qì）的電磁兼容標準須知

國際電工委員會 (IEC) 發布的（de）關於變速驅（qū）動係統的相應終端設備標準包括針（zhēn）對 EMC 和 EMI 的 IEC 61800-3 以及針對係統安全要求 (包括隔離) 的 IEC 61800-5-1。IEC 61800-3 標準中指（）定的 EMC 和（hé） EMI 要求取決於（yú）變頻（pín）器所屬（shǔ）的類別。 類別範圍從C1到C4，且規定（dìng）了變頻器的最高額定電壓和可以安裝使用的環境。 變頻器的最（zuì）高額定電壓（yā）可以小於1000V，也可以大於1000V。分以（yǐ）下兩種環境：

第一（yī）種環境是指在由公共電網供電的房屋或辦公樓等住宅樓宇中（zhōng）使用變頻器。 而第二個環境是（shì）指在由專（zhuān）用變壓器供電的工業區域中使用的要求（qiú），該變壓器提（tí）供 480V、560V 或（huò） 690VAC 等三相電壓。 在這篇博文中，我將重點（diǎn）介紹（shào）第 2 類 (C2) 和第 3 類 (C3)，並指導您觀看相（xiàng）應的培訓視頻係列。

C2類變（biàn）頻器的額定電壓在1000V以下（xià），適合在第一類環境中使用，但不能插拔，也不能（néng）由專（zhuān）業人員移動和（hé）安裝（zhuāng）。 C3類 變（biàn）頻器的額定電壓（yā）也低（dī）於 1000V，但僅限於在（zài）第二類環境中使用。

半導體在器件級別也有自己特定的 EMC 要求和（hé）隔離等級。 表 1 中顯示了（le）一些示（shì）例。

表1 半導體器件級別標準

工業變頻器是如何對應EMC 抗擾度、EMI 和隔（gé）離要求的？相應的測（cè）試是（shì）什麽樣的？圖 1 顯示了一個（gè）工業變頻器的簡化架構，它被劃分為各種（zhǒng）子係統，並在機櫃外（wài）提供可訪問的接口和連接器。浪（làng）湧 (Surge) ，電快速瞬變 (EFT) 或者靜電放電 (ESD) 等 EMC 抗擾度測試幹擾信號施加於每個子係統的接口連接器。 具有可訪問接口或連接器的（de）典型子係統包括通信接口，用戶輸入和輸出 (I/O) 接口（kǒu），位置（zhì）反饋接口，動力線（xiàn）接口和交流電源（yuán）輸入。

圖1. 工業變頻器EMC 抗擾度測試信號示例（lì）

EMC 抗擾度

讓我們看看 EMC 抗擾度要求和測試方法。 IEC 61800-3 規定（dìng）了幹擾電壓等級和測試通過判據等（děng） EMC 抗擾度要（yào）求，並（bìng）參考了 IEC 61000-4-x 標準，該標準（zhǔn）描述了 ESD、EFT 和Surge的測試方法和測試平台搭建。 第二種環境的 EMC 抗擾度要求較高，而第一種環境的 EMC 抗擾度要求較低。 因此，我們關注第二環境。 圖 2 顯示了（le）針對第二種環境的 IEC 61800-3 EMC 抗擾度（dù）要求的摘錄。

圖2. 第二種環境中IEC 61800-3 的EMC抗擾度要求

每個端口都需要通過特定的過電壓幹擾，如 IEC 61000-4-4 標準中針對 +/- 2kV 電壓等級的快速瞬變（biàn）脈衝群 (EFT) 所規定的。

我們如何驗證變頻器是否通過了測試（shì）？ 因此，如圖（tú） 2 所示的性能驗收標準是驗（yàn）證終端設備相關 EMC 測試的一個非常重要的依據。

判據A 規定在 EMC 測試（shì）期間或之後不得影響變頻（pín）器正常工作性能。

判據（jù）B 規（guī）定（dìng）臨時性能下降僅在 EMC 測試期間是可接受的（de）。在EMC 測試之後，變頻器必須（xū）在沒有（yǒu）任何人（rén）工幹預的情況下恢複並以正常（cháng）工作性能運行。

判據C規定在測（cè）試期間暫時的（de）功能或（huò）性能（néng）損失是可以接（jiē）受的，並允許手動幹（gàn）預，如重新上下電或硬件複位重置來恢複正常運（yùn）行狀態。

與通（tōng）常根據（jù）判據C 進行驗證的大多數半導體不同，終端設備必須至少滿足判（pàn）據 B 或 A，其中 A 規定了（le）係統即使在 EMC 測試（shì）期間也必須保持指（zhǐ）（）定的性（xìng）能。對於許多供（gòng）應商而言，IEC61000-4-4 定（dìng）義的快速瞬變脈衝群 (EFT) 抗擾度實驗是證明工業變頻器穩健性的最重（chóng）要的 EMC 抗擾度測試。這是因為通過逆變器 PWM 開關電壓耦合到電纜或印刷電路板的脈衝噪聲對變頻器性能的影（yǐng）響與（yǔ）快速瞬變脈衝群 (EFT) 相似。

您如何設計符合 EMC 標準的子（zǐ）係統？ TI 工業變頻器參考設計旨（zhǐ）在滿足工業變（biàn）頻器的 EMC 抗擾度（dù）要求。 例如（rú），絕對式編碼（mǎ）器的通用數字接口（kǒu）參考設計（jì）為四線和兩線編碼器設計了符合 EMC 標準（zhǔn）的 RS-485 接口（kǒu）。 該參考設計（jì）符（fú）合 IEC 61800-3 要求，通過了比標準定義高出（chū）兩倍的所需測（cè）試電壓。

EMI 電磁發射

IEC 618000-3 還規定（dìng）了變頻器的電（diàn）磁對外發射要求，並參考標準 CISPR 11 A 類和等效的歐洲標準 EN 55011 A 類標準進行特定測試平台搭建。 CISPR 是 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques 的簡稱。 輻（fú）射發射是在 30MHz 至 1GHz 的頻帶內測量的。 對於屬於 IEC61000-3 類別（bié） 2 或 3 的工業設備，需（xū）要滿足準峰值（zhí）限值以分貝（微伏每米）為單位的電場強度，如表 3 所示。

表3. 30MHz到1000MHz頻帶（dài）下的輻射發射限值 (參考 IEC-61800-3, Table 15)

符合 EMI/EMC 標準的工（gōng）業溫度雙網口千兆以太網 PHY 參考（kǎo）設計，這個設計是通（tōng）過 IEC 61800-3 EMC 抗擾度要求並低於 EN 55011/CISPR 11 A 類輻射發射限值要求 4.3dB 的一個很好的例子。